가변 주파수 드라이브- (VFD-) 생성 된 고조파는 크게 인식되고, 오히려 실제보다, 문제. 에 27 HVAC 및 다른 응용 프로그램에서의 VFD를 적용 년, 이 저자는 실제 고조파 문제의 단지 소수가 발생했습니다, 하나를 제외한 모든 전압 왜곡 높은 수준의 형태소 분석과, 아니 최근에 너무 많은 관심을 받고있다 현재의 왜곡.
이 저자가 발생했습니다 VFD-간섭 문제의 대부분은 가난한 설치의 결과되었습니다 - 특히, 가난한 배선 및 접지. 대부분의 경우, 무선 주파수 간섭 (RFI) 또는 전자기 간섭 (EMI), 하지 고조파, 범인. RFI / EMI 문제는 50 kHz에서 - 최저 메가 헤르츠 범위의 소음에서 줄기, 하지 300 Hz에서 다섯 번째 또는 420 Hz의 일곱 번째 고조파 범위.
역사
에 1981, ANSI / IEEE 표준 519, 고조파 제어 및 정적 전력 컨버터의 반응성 보상에 대한 IEEE 가이드, 출판 되었음. 그것은 총 고조파 전압 왜곡 최대 포함 (THD에) 추천.
극단적으로, 전압 왜곡이 발생할 수있는 전력 시스템의 전압 파형의 평면 토핑 (그림 1), 혼란과 고장이 될 민감한 전자 프로세서를 일으킬 수.
에 1992, ANSI / IEEE 표준 519 개정 된. 사명 변경 전력 시스템의 IEEE 추천 방법 및 고조파 제어에 대한 요구 사항, 지금은 총 고조파 전류 왜곡에 더 집중 (THD1) 전압 왜곡보다.
THD1 유틸리티 step-down/step-up 변압기를 통해 전파 및 다른 하나의 시설에서 그것의 방법을 만들 수 있습니다. 예를 들면, 몇 년 전, VFD 제조업체는 번인 (burn-in) 테스트 작업을 수행하는 동안 현재의 왜곡의 높은 금액을 생성했다. 현재의 왜곡은 이웃 인쇄 공장의 유틸리티 공급에 VFD 제조업체의 공장에서 유틸리티 변압기를 통해 여행, 컨트롤 및 직류의 논리 회로를 손상 (DC) 드라이브 인쇄 공장의 인쇄 기계를 실행하고 고장의 인쇄 프레스 등록을 일으키는.
THD1 일반적으로 유틸리티가 제공하는 배전 변압기에서 추가 열 결과, 뿐만 아니라이 발생되는 기기의 전원 공급 케이블. 근본적으로, THD1 시설에 유틸리티가 생성하는 것을 현재와 소스, 하지만 유틸리티에 더 수익을 제공하지 않습니다. 그것은 유틸리티에 대한 진짜 문제이지만, THDI 크게보기의 시설 관리자의 관점에서 인식 문제.
ANSI / IEEE 표준 519-1992 THD의 시스템 문제의 본질을 해결합니다1 총수요 왜곡을 도입함으로써 (TDD), 다음과 같이 계산 될 수있다:
어디에서:
나는그 = 시스템에 의해 측정 된 총 고조파 전류
나는HC VFD를 기부 = 총 고조파 전류
나는L = 최대 수요 부하 전류 (기본 주파수 성분) (15- 30 분 요구) 일반적인 커플 링의 유틸리티 지점에서 (PCC) 시스템에서 측정
나는C = 기본 주파수 성분의 VFD에 기여 (VFD를 기존 부하에 추가하는 경우에만 포함)
(모든 수량은 평균 제곱 암페어의 루트에 있습니다.)
ANSI / IEEE 표준 519-1992 미국, "산업 공장 내, PCC는 비선형 부하 및 다른 부하 사이의 지점입니다. "많은 컨설팅 엔지니어가이 의미로 해석했다고 THD1 VFD 입력 전원 연결 상태에서 측정한다 (PCC2, 대신 PCC1의, 그림에서 2). ANSI / IEEE 표준이 오용 519-1992 HVAC 산업에있는 멀티 드라이브의 남용에 기여하고있다. 시설 - 장비 달러의 많은 수백만의 사양 및 설치를 통해 낭비 된 12- 18 - 펄스 드라이브는 상업 사무실 건물 및 다른 환경에있는 표준 6 - 펄스 드라이브는 실질적으로 더 적은 선행 비용에 대해 동일한 작업을 수행 할 것.
또한 불행한 사실은 ANSI / IEEE 표준입니다 519-1992 최대 허용 TDD의 다섯 가지 단계가 있습니다, 최대 단락 전류의 비율에 의존하는 (나는SC) 최대 I에L PCC에서. ISC-에-IL 테이블의 비율 1 설비 및 변전소 변압기의 크기로 실용성의 피드의 강도의 함수이다.
현재 상황
대부분의 사양은 단순히 상태, "의 VFD는 ANSI / IEEE 표준 519을 만족해야한다."이러한 문은 고조파 계산을 수행하는 데 필요한 정보없이 의미가:
- 변압기 킬로 볼트 암페어 및 퍼센트 임피던스.
- 전체 선형 연결 부하 암페어 또는 총 예상 선형 연결 암페어.
- VFD를의 수와 크기.
- 유틸리티 ISC 유효한.
제조 업체는 추가 정보가있을 때 계산이 더 정확, 이러한 시설의 총 전류로, 기존의 고조파, 와이어 크기와 길이.
일부 엔지니어는 마력의 크기 요구 사항에 따라 하드웨어 사양을 쓰기로 촬영 한. 예를 들면: "모든 VFD를 100 최대 마력 및 18 펄스 설계해야한다. "에서 100 HP, 18 펄스 드라이브는 쉽게 에너지 절약 없음 개선 여섯 펄스 드라이브 4 배 많은 비용을하실 수 있습니다.
즉,에 대한 응용 프로그램이없는 말을하지 않은 12- 또는 18 - 펄스 드라이브는 적절한. 가라, 예를 들면, 주거 지역에있는 콘크리트 블록 펌프 역. 이 저자는 세 300 마력의 VFD가 거기에있는 하나를 관찰, 오버 헤드 형광등 조명, 및 고정 된 프로그램 가능 논리 제어기 (PLC). 펌프 스테이션 전용 480 V 변압기에 의해 공급 된. 사실상 변압기 전체 부하는 비선형이었다. VFD 비선형 부하는 약 표시 1,100 A. PLC와 형광등의 부하는 앰프의 몇 억원. 즉, 18 - 펄스 또는 다른 초저 고조파 VFD 기술을위한 이상적인 응용 프로그램이었다.
상업 사무실 건물에서, 의 VFD는 모든 팬과 펌프에 설치되어있는 경우, 그들은 일반적으로 이하를 사용합니다 20 전기 수요 부하의 퍼센트. 거의 모든 경우에 그러한, 표준 6 - 펄스 드라이브는 좋은 선택입니다.
통념과는 반대로, ANSI / IEEE 표준 519 법이나 정부 / 공공 규제하지; 그것은 "권장되는 방법"이다. 그것의 추천 고조파 제한을 엄격하게 준수는 것을 말한다 "항상 발생에서 문제를 방지 할 수 없습니다."반대도 마찬가지입니다: 시설은 표준의 최대 권장 한도를 초과하는 고조파를 가지고 문제가 발생하지 않을 수 있습니다.
TECHNOLOGIES
VFD 생성 고조파를 완화 간단하고 비용이 가장 적게 드는 방법은 VFD에 임피던스를 추가하고. 이는 입력 라인 반응기로 수행 될 수있다 (그림 3) 또는 DC 링크 반응기 (버스 초크) (그림 4). 1 %의 소스 임피던스 시스템에서, 3 %의 라인 리액터는 약 VFD에 입력에서 고조파 전류 함량을 감소시킬 수있다 40 전 부하 출력의 퍼센트.
고조파 저감 기술의 다음 가장 일반적인 유형은 12 - 펄스 VFD이며 (그림 5). 12 - 펄스 VFD는 약에 고조파 전류 컨텐츠를 줄일 수 10 퍼센트.
또한 일반적인 광대역 및 수동 필터입니다 (그림 6). 이러한 하이브리드 필터는 약에 고조파 전류의 함량을 감소 7 퍼센트.
다음으로 가장 효과적인 기술은 18 - 펄스 드라이브 (그림 7), 이는 일반적으로 VFD의 입력에서 약 5 %의 전류 왜곡을 제공합니다. 아니 임피던스 VFD와 비교, 총 고조파 감소는 범위에 93 퍼센트.
비교적 새로운 기술은 활성 고조파 필터 아르 (그림 8) 및 액티브 프론트 엔드 VFD (그림 9). 하나의 능동 필터는 여러 가지의 VFD 또는 전체 시설의 고조파를 고를 수 있습니다. 한편, VFD 입력에서 측정 - - 액티브 프론트 엔드와 VFD의 THDI 함량은 일반적으로보다 작은 4 퍼센트, 총 고조파 전류 함량 감소는 동안 95 퍼센트.
표 2 예상되는 현재의 왜곡을 나열, %가 현재의 왜곡 감소, 및 다양한 고조파 저감 기술의 상대적 비용. 추정치가 1 %의 소스 임피던스 및 시스템 완벽하게 균형 전압 공급에 기초.
모든 하드웨어 기반, 고조파 감소 "강제적 인"방법은 입력 전력 시스템 전압의 불균형에 의해 부정적인 영향을. 대부분 VFD 제조업체는 VFD를으로부터 고조파 왜곡을 추정하는 데 사용될 수있는 컴퓨터 프로그램을 가지고.
변전소 변압기의 기저 큰, 덜 PCC에서 전류 왜곡. 고조파 전류 왜곡이 추가 변압기 가열의 원인이되기 때문에, 시설에서 예상되는 하중에 대하여 유틸리티 종종 오버 변전소 변압기. 결과, 올바른 최대 변압기 부하를 갖는 (추정 또는 측정) 중요. 그렇지 않으면, 최대 변압기 IL 가정해야합니다.
더러운 작은 비밀
대부분의 고조파 분석 프로그램은 사용 가능한 전력이 균형 잡힌 전압 가정 - 예를 들어,, 480 V 상에 각, B 상, 및 위상 C. 현실 세계에서, 그러나, 아무리 잘 설계 방법 건물 분배 시스템은 없다, 완벽한 균형은 손에 들어 오지 않는 것입니다. 약간의 불균형이 최선의 하나를 기대할 수, 이를테면 478:480:482 에. 대부분의 유틸리티는 허용 최대의 전원 전압의 불균형 3 퍼센트.
몇 년 전, 중서부에있는 큰 대학, 에너지 절약 개조 프로젝트에서 제공하는 VFD를는 ANSI / IEEE 표준에서 권장하는 왜곡 수준을 초과하는 건물에 대한 비난되고 있었다 519. 고조파 분석은 상당한 세 번째 고조파 성분을 보였다. 완벽한 세계에서, VFD를이 세 번째 고조파를 생성하지 않는, 세 번째와 다른 트리플 린 (triplen) 고조파 때문에 VFD를의 3 단계 자연의 취소로. 면, 그러나, 단계의 사이의 전압의 관계, B, C는 언밸런스, 취소 완전히 발생할 수 없습니다, 과의 VFD는 트리플 린 (triplen) 고조파를 만들 수 있습니다. 이 경우, 위상 약이었다 450 에, 단계 B와 C는 부근에있는 동안 480 에. 대학은 더 균형 잡힌 상태로 입력 전압을 얻기 위해 부하를 이동하게되었다. 그 시행 하였다되면, VFD를 고조파 왜곡의 높은 수준을 일으키는 원인이 중지.
1990 년대 중반 동안, 전력 전자 응용 센터, 전력 연구소의 자회사, 의 드라이브를 테스트 17 입력 된 라인 리액터 또는 DC-버스 초크 VFD의 입력 러그에서 manufacturers.1 0.2 %의 전압 불균형은 17 %가 현재의 불균형까지 원인이 밝혀졌다.
불평형 입력 전력 시스템, 모든 하드웨어 기반의 고조파 저감 기술은 유해 고조파 취소의 효력이 적용됩니다. 예를 들면, 12 펄스 위상 시프트 변압기는 세 개의 입력 리드와 여섯 출력 리드와 두 개의 구성 요소가 있습니다: 델타 / 델타 권 세트 델타 - 와이 권 세트 (그림 10). 이 구성의 구동이 다이오드 브리지 중 하나에 공급되는 전력의 30 도의 전기적 위상 시프트를 일으키는, 원인, 완벽한 세계, 취소 할 다섯 번째와 일곱 번째 고조파. 입력 전력이 언밸런스 인 경우, 그러나, 취소가 완전히 발생하지 않습니다.
일부 VFD 제조자는 자동 변압기의 앞에 추가 5 퍼센트 임피던스 반응기로 18 펄스 드라이브 공급. 이 권선의 자동 변압기의 3 개 세트로 전류 소비의 균형을 돕고 불평형 전압 및 소스 피드의 영향을 최소화하는 데 도움.
그래서 완벽한 세상이 아닙니다 - 지금의?
VFD 입력에 초저 고조파를 얻는 가장 효과적인 수단은 액티브 필터 또는 액티브 프론트 엔드이다. 능동 필터는 활성 소음 감소 헤드폰처럼 작동. 면, 예를 들면, 이는 전원의 위상에서 30-A 제 고조파를 검출, 그것은 30-A 다섯 번째 고조파를 주입 180 VFD 만든 조화와 위상 학위, 취소의 효과를 만들어. 그것은 측정하고 자동으로 수정 고조파 성분을 삽입하기 때문에이 기술은 들어오는 전압의 불균형에 덜 민감하다.
몇몇 제조 업체는 초저 고조파 VFD 기술을. 초저 고조파 VFD 여섯 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터가 (IGBT는), 오히려 패시브 다이오드 브리지 컴포넌트보다, 그 컨버터 섹션 (그림 11). 이 IGBT는 VFD에 의해 그려진 고조파 전류를 제어. 그린없는 고조파 전류, 더 취소 할 필요가 없습니다. 초저 고조파 기술은 일반적으로 입력 고조파 전류를 감소 4 VFD 입력에서 % 이하 (표 2).
하나의 테스트에서, 18 펄스 변압기 / 드라이브의 입력에 3 %의 전압 불균형은 현재의 왜곡 1.5 %의 당 단위 증가의 원인. 그러므로, 컴퓨터 고조파 분석 추정 있었다면 4 퍼센트, 실제 THDI가되었을 것 5.5 퍼센트.
초저 고조파 또는 액티브 필터 시스템, 3 %의 전압 불균형 이하로 고조파 전류 왜곡을 증가 0.5 단위 당 퍼센트.
결론
디자인이 완성되기 전에 고조파 분석을 수행해야. 분석은 건물의 주요 유틸리티 편 입구에서 전류 왜곡을 결정하는 PCC에서 수행되어야. 특정 마력에 어떤 드라이브가 특정 기술한다 것을 지시하는 하드웨어 기반의 사양은 사용될 수 없습니다.
참고
1) 만수르, A., 핍스, K., & 철, R. (1996). 시스템 호환성 연구: 다섯 마력의 PWM 가변속 드라이브. 녹스빌, TN: 전력 전자 응용 센터.
과거에 대한 HPAC 공학 특집 기사, 방문 www.hpac.com.
ABB Inc의에 대한 HVAC 애플리케이션의 관리. 힘 & 제어 판매, 마이클 R. 올슨은 HVAC에서의 광범위한 경험을 가지고 있습니다, 물 / 폐수 처리, 및 화학 산업. 그는 조정 속도 드라이브의 응용 프로그램을 논의 수많은 무역 저널 기사를 작성하고, 주제에 대한 여러 권의 책 편집자로 활동하고있다. 그는 일리노이 대학에서 전기 공학 학사 학위와 공학 밀워키 대학에서 엔지니어링 관리 분야의 석사 학위를. 그는 난방의 미국 사회의 구성원입니다, 냉동 공조 엔지니어 및 BACnet의 국제. 그는에 연락하실 수 있습니다 mike.olson @ us.abb.com.
